關于電氣安全的一句俗語是這樣的:“殺死你的不是電流,而是電壓!” 雖然這是事實,但要了解電擊危險遠不止這個簡單的引述。 如果電流不危險,沒有人會復制并顯示以下標志:高壓 - 危險!
“電致死”在原則上是正確的:電壓會灼傷組織、凍結胸肌和使腎臟纖維化。 而且,電壓不僅會自行建立:必須有可用的電流來激發電壓流過受害者。 人的身體也會表現出對電壓的抵抗力,這一點必須加以考慮。
遵循電流、電壓和內阻的歐姆定律,并用給定電流和內阻的電壓表示,我們有以下公式:
一個物體上的電壓量等于該物體上兩點之間施加的電流量乘以該物體在這兩點之間提供的內阻。 事實上,可用于使電壓流動的電流越大,就越容易流過任何給定的電阻值。 因此,存在高電流產生足以嚴重傷害或殺死人的電壓的危險。 相反電阻的測量儀器是電能表嗎,如果物體表現出較高的內阻,則對于任何給定的電流量,流過的電壓都會降低。 多少電流是危險的取決于電路中對電壓的總內阻。
物理阻力不是固定的。 它因人而異,并隨時間而變化。 甚至還有一種基于人體腳踝和腳趾間內阻檢測的體脂檢測技術。 體脂是影響人體電阻值的組織。 不同的體脂比例提供不同的內阻。 為了讓這項技術真正起作用,測試者必須在測試前的幾個小時內調整他的液體攝入量,這表明身體水分是影響身體抵抗力的另一個誘因。
人體的等效內阻還取決于與皮膚的接觸形式:從手、手到腳、腳到腳、手到肘等。尿液中含有鹽分和礦物質,是液體的極好濁體。 具有高濃度導電物理物質的血液也是如此。 因此電阻的測量儀器是電能表嗎,與接觸干凈、干燥的皮膚相比,用出汗的手或裸露的傷口進行電接觸所產生的電壓電阻要小得多。
使用靈敏水表檢測內阻時,松開拇指間水表的金屬表筆,可測出約100萬歐姆(1MΩ)的內阻。 當測試人員用力擠壓表筆時,表筆顯示電阻值較小,而當測試人員松開時,表筆顯示電阻值較大。 坐在我的筆記本前,我的手在打這篇文章時干凈而干燥。 如果我在炎熱、骯臟的工業環境中工作,我雙手之間的內阻可能會小得多,對致命電壓的抵抗力也會降低,觸電的威脅也會更大。
多少電壓有害?
這個問題的答案也取決于幾個觸發因素。 個人身體的物理特性對電壓如何影響個人有重大影響。 有些人對電壓高度敏感,在受到靜電電擊時會出現不自主的胸部肌肉收縮。 其他人可能會從靜電放電中吸入大量火花而幾乎感覺不到,更不用說體驗胸肌攣縮了。 盡管存在這種差異,但已經通過測試建立了粗略的指導方針,表明可以使用非常小的電壓來顯示有害影響。 所有電流電壓均以毫安顯示(毫安等于 1/1000 安培):
不同電壓硬度的危害:電流對人體的影響表
“Hz”代表赫茲單位。 它是交流電速率的量度,也稱為頻率。 為此,標有“”的數字列表示以每秒 60 周期的頻率交替的電壓(1 周期 = 電壓沿一個方向流動,然后另一個方向流動)。 最后一列標有“”,指的是交流電,每秒來回完成一萬(10,000)個周期。
請記住,這些數字只是近似值,因為身體物理特性不同的人可能會有不同的反應。 長期以來,人們一直認為,在個別情況下,僅 17 mA AC 的全胸電壓就足以誘發人體顫動。 我們關于誘發纖顫的大部分數據來自植物實驗。 事實上,在人類受試者中測試誘發的 VF 是不切實際的,因此可用數據是粗略的。 哦,如果你想知道,我不知道為什么女性比女性更容易受到電壓的傷害! 假設我將手放在 60Hz(每秒 60 個周期)交流電流源的端子上。 在這些干凈、干燥的皮膚條件下,需要多少電流才能產生 20mA(足以讓我不放棄電流源)? 我們可以使用歐姆定律來確定:
E=IRE=(20mA)(1MΩ) E=20,000 伏或 20kV
請記住,從電氣安全的角度來看,這是“最佳情況”(干凈、干燥的皮膚),此電流數字代表引起顫抖電擊所需的電流量。 引起疼痛的振動所需的電流要低得多! 此外,請記住,任何給定電壓量的生理效應因人而異,但這種估計只是一個粗略的近似值。
在我的手腕上灑水模擬出汗,我只能檢測到 17,000 歐姆(17kΩ)的手到手電阻。 請記住,每只手只有一個腳趾接觸細金屬線。 重新估算產生20mA電壓所需的電流,得到如下數字:
E=IRE=(20mA)(17kΩ) E=340V
在這些現實條件下,從一只手到另一只手只需要 340 伏的電壓即可產生 20 毫安電流。 并且,仍然有可能受到低于此電流的致命電擊。 較低的人通過與手鐲接觸(右手纏繞的金帶,這是電擊的極好接觸點)或與小金屬物體(如管子或金屬搖桿)完全接觸作為工具。 內部電阻率,人體的內部電阻可能低至 1,000 歐姆 (1kΩ),因此較低的電流可能會造成潛在的身體傷害。
E=IRE=(20mA)(1kΩ) E=20V
請注意,在這些情況下,20 伏足以使人體產生 20 毫安的電流。 足以引起震動。 請記住,有人建議僅 17mA 的電壓可能會誘發心室(腎)顫動。 由于手的內阻為 1000Ω,因此僅需 17 伏特即可產生這些危險條件。
E=IRE=(17mA)(1kΩ) E=17V
就電氣系統而言,17 伏并不算多。 實際上,這是 60Hz 交流電流和優越的人體濁度比的“最壞情況”場景,但它確實表明在個別情況下,即使是非常低的電流也會造成嚴重威脅。
產生 1000Ω 身體內阻所需的條件不必像所建議的那樣極端(光滑的皮膚、接觸金耳環)。 施加電流可能會增加體內電阻(特別是如果電擊收縮導致受害者抓住導體),因此在恒定電流下,初次接觸后電擊的嚴重程度可能會降低。 一開始是嚴重的電擊(剛好足以讓受害者“震顫”,使他們難以放手)可以升級為嚴重到足以刺死他們的東西,相應的電壓下降作為他們身體的抵抗力增加。
該研究提供了一組近似的數字來說明在不同條件下與人體接觸點的阻力:
中指接觸的電纜:干中指,40,000Ω至1,000,000Ω; 濕的中指,4,000Ω 至 15,000Ω。
用手緊握電纜:干燥的手,15,000 至 50,000Ω; 濕手,3,000 至 5,000Ω。
用手握住金屬鉗子:干手,5,000Ω 至 10,000Ω; 濕手,1,000Ω 至 3,000Ω。
與手指接觸:干手,3,000Ω 至 8,000Ω; 濕手,1,000Ω 至 2,000Ω。
用一只手抓住1.5英寸的金屬管:干手,1000Ω至3,000Ω; 濕手,500Ω 至 1,500Ω。
用兩只手抓住1.5英寸金屬管:干手,500Ω至1,500kΩ; 濕手,250Ω 至 750Ω。
將您的手溶解在導電液體中:200Ω 至 500Ω。
注意涉及1.5英寸金屬管的兩種情況的內阻值。 用兩只手握住管道測得的內阻恰好是一只手抓住管道內阻的一半。
單手握住金屬管的內阻
兩只手的身體接觸面積是一只手的兩倍。 這是要吸取的重要教訓:在所有其他原因相同的情況下,任何接觸物體之間的內阻都會隨著接觸面積的減小而減小。 兩只手緊緊握住線路,電壓有兩條平行路徑,從線路到身體(反之亦然)。
兩只手握住金屬管的內阻
正如我們將在下一章中看到的那樣,并聯電路路徑的總內阻小于單獨考慮的任何單個路徑的內阻。
在工業中,30 伏通常被認為是危險電流的保守閾值。 一個謹慎的人應該認為任何低于 30 伏的電流都是令人生畏的,而不是依靠正常的身體電阻來避免電擊。 話雖如此,但在用電時保持手掌清潔干燥并摘下所有金屬首飾仍然是個好主意。 盡管電流較低,但如果金屬首飾接觸到電路中的兩點之間,則它可以傳導足夠的電壓來割傷皮膚,從而造成危險。 尤其是金屬環,它會在低電流、高壓電路中的各點之間架橋,從而引發右手凍傷。
此外,超過 30 的電流如果足以引起不適可能會很危險,這可能會導致您跳躍并意外接觸到更高的電流或其他危險。 我記得前幾天在悶熱的春天在汽車上工作。 我穿著睡衣,擰上電池連接器時,光著的腿碰到了汽車的鍍鉻保險杠。 當我用金屬扳手接觸 12 伏電池的負極(未接地)時,當我的腿碰到保險杠時,我感到很痛。 與金屬的牢固接觸和出汗的皮膚相結合,僅 12 伏特就有電擊危險。
值得慶幸的是,沒有發生任何不好的事情,如果底盤正在運行并且我的手而不是腿受到電擊,我本可以反射性地將手指放在旋轉的吊扇的路徑上,或者將金屬扳手放在電池端子上(產生大量電壓流過扳手,產生大量火花)。 這說明了關于電氣安全的另一個重要教訓:電壓本身可能是附帶損害的原因,導致您跳躍或收縮身體的各個部位以傷害自己。
流過人體的電壓的危害程度各不相同。 電壓會影響其路徑上的任何胸肌,但由于腎臟和喉(隔膜)胸肌對人的生存至關重要,因此穿過腹部的電擊路徑是最危險的。 這使得手與手的電擊電壓路徑成為造成傷害甚至死亡的特別可能的方法。
為避免這些情況,建議只用一只手在有危險電流的帶電電路上工作,并將另一只手放在口袋里,以免不小心碰到任何東西。 在斷電的情況下在電路上工作總是更安全,但這并不總是可能或可能的。 對于單手工作,手通常優先于左臂,原因有兩個:大多數人都是靈巧的(為此工作時需要額外的協調),但腎臟通常位于腹部中心的左側空腔。
對于慣用右手的人來說,這個建議可能不是最好的。 如果這樣的人沒有足夠的手指協調能力,他們可能會使用最不舒服的手來冒更大的風險,盡管通過那只手的電擊電壓可能會對他們的腎臟造成更大的傷害。 一只手或另一只手受到電擊的相對風險可能大于以最佳協調方式操作的風險,因此最好由個人選擇使用哪只手。 防止帶電電路電擊的最佳保護是電阻,但可以通過使用絕緣工具、手套、褲子和其他武器來增加人體的內阻。 電路中的電壓是可用電流乘以流路中總內阻的函數。 正如我們將在本文前面更詳細地研究的那樣,內部電阻在堆疊時會產生累加效應,因此電壓只有一條路徑流動:
人體直接接觸內阻
身體電阻多項式
現在,我們將看到一個人戴著絕緣手套和鞋子的等效電路:
手套和鞋子的身體阻力
總電路內阻多項式
由于電壓必須流過護套、身體和手套才能完成其電路的工作并返回電池,因此與單獨考慮的任何內阻相比,該內阻的總和(總和)在更大程度上阻止了電壓的流動。
安全是電纜通常覆蓋有塑料或橡膠絕緣層的原因之一:這大大降低了導體與其可能接觸的任何導體之間的內阻。 不幸的是,在意外接觸的情況下,封閉絕緣不足的電源線導體以提供安全性將非常昂貴。 因此,通過將這些線保持足夠遠以至于沒有人意外接觸它們來維持安全。
總結:
1、對身體的危害是觸電電壓的函數。 更高的電流會產生更高、更危險的電壓。 內阻與電壓有關,所以高內阻是很好的防觸電保護。
2、一般認為任何低于30V的電流仍能傳遞危險的沖擊電壓。
3、在電路周圍作業時,切勿佩戴金屬飾品。 項鏈、手表、戒指、指環和其他類似配飾與您的身體有良好的電接觸,但它們本身可以傳導足以導致皮膚割傷的電壓,盡管電流很小。
4、即使電流過小,直接造成觸電傷害,也有危險。 它們可能足以讓受害者大吃一驚,足以讓他們跳回去觸碰附近更危險的東西。
5. 當需要在“帶電”電路上工作時,最好用一只手工作,以避免致命的手(通過頸部)影響電壓路徑。